Растворимость воздуха в воде. Опыты с воздухом

Тема урока: Воздух и его свойства
Цель урока: сформировать знания учащихся о составе и свойствах воздуха
Задачи урока: 1) учащиеся смогут провести необходимые опыты и сделать
вывод о свойствах воздуха.
2) учащиеся будут учиться анализировать опыты и делать
выводы.
3) развитие творческого воображения.
Оборудование: шарики, емкость с водой, стакан, банка, 3 свечи,
демонстрационный столик, горелка, «Технологическая
карта» для каждого ученика.
Ход урока.
1.Орг. момент. Психологический настрой.
2.Побуждение.
- На уроках познания мира мы с вами говорили о том, без чего человек не может жить. Давайте вспомним.
- Из всего перечисленного, вы выделили, что это воздух. А что такое воздух вы задумывались?
- Подумайте, что вы знаете о воздухе, обсудите в паре, группе. Сообщите.
- Что вы хотели бы узнать? Фиксируем на доске.
3.Целеполагание.
Мы сегодня на уроке постараемся убедиться, что воздух присутствует везде, для этого мы сегодня проделаем много опытов.
4.Реализация.
Опыт 1.
Надуйте щеки воздухом, а теперь надавите на щеки пальцами. Что заметили?
Опыт 2.
На столе у вас емкость с водой, возьмите пустой стакан, медленно опускайте его в воду, вы должны почувствовать сопротивление.
- Что в стакане не дает опуститься вниз? (Воздух).
- Наклоните стакан вбок и воздух вышел из стакана и освободил место для воды.
Воздух есть везде: на улице, в воде, в земле. Слой воздуха окружает нас и нашу Землю. Этот слой называется атмосферой. Она защищает нас от солнечной радиации. Если бы она исчезла, то вода мгновенно закипела бы, а лучи солнца сожгли все живое. Вы можете привести примеры, что воздух есть везде.
Опыт 3.
- В стакан с водой бросьте кусочек сахара, что вы наблюдаете? (Пузырьки).
- Это воздух. Воздух растворен в воде.
- Мы убедились, что воздух есть вокруг.
Сейчас мы познакомимся со свойствами воздуха. Перед каждым из лежит «Технологическая карта». В нее мы будем записывать то, что будем узнавать на уроке.
Технологическая карта.
№п/п Предмет изучения Свойства.

Как вы думаете, какого цвета воздух? Он есть, а мы его не видим? Он невидимый, значит он прозрачный. Газ. Записываем в карту..
Опыт 4.
- Перед нами резиновый мяч. Что находится внутри его? (Воздух).
- Может ли воздух наполнить наполовину комнаты или какого-нибудь предмета? (Нет).
- Значит, когда мы накачиваем мяч, или колесо велосипеда и ли машины мы что делаем? (Мы его уплотняем, то есть сжимаем).
- Значит, воздух можно сжать, записываем. А наполненный воздухом мяч, будет очень удобен для игры и он будет долго прыгать. Это свойство называется упругостью. Записываем.
Опыт 5.
- Зажигаем три свечи. Все они замечательно горят. Одну накрываем стаканом, вторую банкой. Наблюдаем.
- Почему погасла свеча там, где стакан, потом где банка, а третья продолжает гореть. Там где воздуха больше. Там горит, а нет доступа воздуха - огонь гаснет. Значит, воздух помогает огню гореть или поддерживает горение. Записываем.
Опыт 6.
- На демонстрационном столе горит свеча. На расстоянии подносим и бумажку замечаем. Что воздух движется вверх. Значит, тёплый воздух движется вверх, а холодный наоборот вниз. Воздух движется. А как в природе называется движение воздуха? (ветер).
- Запах у воздуха есть?(Нет). Но он переносит запахи. Пока мы не зажгли свечи, ничем не пахло. А сейчас запах распространился по всему классу. Значит, он переносит запахи. Записываем.
4.Рефлексия.
Прочитайте стихотворение «Воздух», подчеркните, если встретите свойства воздуха, о которых мы говорили на уроке.
Он прозрачный невидимка,
Легкий и бесцветный газ.
Невесомою косынкой он окутывает нас.
Он в лесу – густой, душистый
Как целительный настой,
Пахнет свежестью смолистой
Пахнет дубом и сосной.
Летом он бывает теплым,
Веет холодом зимой.
Когда иней красит стекла
И лежит на них каймой,
Мы его не замечаем
Мы о нем не говорим
Просто мы его вдыхаем…
Подведение итогов работы со стихотворением.
5.Итог. Обратите внимание на доску. На все ли вопросы мы ответили? На оставшиеся вопросы мы найдем ответы на следующем уроке.
6.Дом. задание.
Прочитать текст в учебнике, ответить на вопросы.

Кислород вместе с другими газами, входящими в состав воздуха, легко растворяется в воде.

Сколько же воздуха может раствориться в воде? Говорить о растворимости воздуха в целом нельзя, нужно говорить о растворимости каждой составной части воздуха в отдельности.

Кислород, азот, аргон, двуокись углерода и другие газы обладают различной растворимостью. При одинаковых температуре и давлении чистого кислорода в воде растворится почти в 2 раза больше, чем азота, а углекислого газа - в 35 раз больше, чем кислорода.

Однако существуют общие закономерности для всех газов. Чем выше температура жидкости, тем меньше растворимость газов. В литре чистой воды при нормальном атмосферном давлении, равном 760 миллиметрам ртутного столба, и при температуре 0° растворяется около 50 кубических сантиметров чистого кислорода. А при температуре 30° - примерно в 2 раза меньше. Чистого азота при температуре 0° и нормальном атмосферном давлении растворится 24 кубических сантиметра, а при температуре 30°-14 кубических сантиметров.

Чем выше давление газа над жидкостью, тем больше его растворимость.

Если в закрытом сосуде, наполненном на одну треть водой, создать давление в 2 атмосферы, то газа растворится вдвое больше, чем при 1 атмосфере. И, наоборот: при пониженном давлении газа растворится во столько же раз меньше, во сколько ниже давление.

Два равных объема различных газов, смешанных при давлении в 1 атмосферу, растворяясь в воде, будут вести себя как два самостоятельно существующих газа, находящихся под давлением в У 2 атмосферы. Растворимость каждого из них будет в 2 раза меньше их растворимости при нормальном атмосферном давлении.

Воздух - это смесь газов. Так как в воздухе содержится 21 процент кислорода, то его парциальное давление, то есть та часть давления, которая падает только на кислород, будет в 5 раз меньше давления воздуха. Поэтому кислорода воздуха при нормальном атмосферном давлении растворится в воде в 5 раз меньше, чем чистого кислорода при том же давлении.

В самом деле, если при нормальном давлении и при температуре 0° насытить воду не чистым кислородом, а воздухом, то в литре воды растворится только 10 кубических сантиметров кислорода вместо 50, а азота из воздуха растворится 19 кубических сантиметров вместо 24.

Чтобы растворить газ в воде, его нужно привести в соприкосновение или перемешать с водой; чтобы вытеснить газ из воды, воду нужно подогреть. Доведя температуру воды до 100°, можно почти полностью вытеснить из нее газ.

Возьмите колбу, наполненную доверху водой, закройте ее пробкой, в которую вставлена загнутая стеклянная трубка. Второй конец этой трубки вставьте в стакан с водой и наденьте на этот конец трубки наполненную водой пробирку. Доведите воду в колбе до кипения. В опрокинутой пробирке появится газ, тот самый газ, который был растворен в воде до ее кипячения.

Хотя до кипячения вода соприкасалась только с воздухом, но в силу различной растворимости кислорода и азота состав вытесненного газа будет существенно отличаться от состава обычного воздуха. В него входит 1 объем кислорода и 2 объема азота. А это означает, что в полученном газе кислорода уже не 21, как в воздухе, а 33 процента.

В обыкновенной, неочищенной воде, кроме растворенного газообразного кислорода, имеется еще кислород, входящий в состав растворенных в ней солей. Этот кислород вытеснить кипячением нельзя, так как он прочно связан с каким-нибудь другим элементом.

Чтобы освободить воду от солей, ее нужно перегнать.

Прибор для перегонки состоит из колбы для кипячения воды, холодильника, где конденсируются пары, и приемника, куда стекает дистиллированная вода.

Полученная таким образом вода содержит только растворенные газы, которые можно вытеснить кипячением.

Что же содержится в воде, в которой нет ни солей, ни растворенных газов?

Вода, как и всякое химическое соединение, состоит из однородных молекул.

В состав молекулы воды (Н 2 O) входит 2 атома водорода и 1 атом кислорода, тесно связанные между собой.

Разделить, разорвать молекулу воды на ее составные части нелегко, на это нужно затратить энергию.

Молекулярный вес воды равен 18. Он состоит из 2 атомных весов водорода, равных 2 единицам, и атомного веса кислорода - 16. Следовательно, в молекуле воды содержится около 89 процентов кислорода и около 11 процентов водорода. В килограмме воды насчитывается 890 граммов кислорода.

Это означает, что все реки, моря и океаны состоят главным образом из кислорода.

Вода занимает три четверти земной поверхности.

Но в природе вода встречается не только в жидком виде. В полярных странах и на высоких горах круглый год сохраняются огромные толщи льда и снега. Большие количества воды мы встречаем в воздухе в виде пара.

Животные и растения больше чем наполовину состоят из воды. В человеческом организме, при среднем весе тела 65-70 килограммов, содержится до 40 килограммов воды.

Все жидкости растворяют газы, которые в растворенном (дисперсном) состоянии не оказывают существенного влияния на механические свойства жидкости. Однако, если давление в какой-либо точке объема жидкости уменьшается, газы выделяются из раствора в виде пузырьков, которые ухудшают свойства жидкости. Относительное количество газа, который может раствориться в жидкости до ее насыщения, прямо пропорционально давлению на поверхности раздела. Этот объем можно вычислить по формуле

где V г – объем растворенного газа, отнесенный к атмосферному давлению (760 мм рт. Ст.) и нулевой температуре;

k = – коэффициент растворимости газа в жидкости;

Объем жидкости;

р 1 и р 2 – начальное и конечное давление газа, находящегося в контакте с жидкостью.

Коэффициент растворимости зависит от свойств жидкостей и газов. Воздух растворяется в минеральных маслах, применяемых в гидросистемах машин, в объеме, равном ~10% (k = 0,10) объема жидкости на 1 ат.

Растворимость кислорода в жидкостях выше, чем атмосферного воздуха, ввиду чего растворенный в жидкости воздух содержит кислорода на 40-50% больше чем атмосферный воздух, что интенсифицирует окисление жидкости и разрушение резиновых деталей гидроагрегатов.

Ниже приведены коэффициенты растворимости воздуха k в распространенных жидкостях при 20 0 С

велосит …………………………….0,0959

вазелиновое………………………..0,0877

трансформаторное 12…………….0,0828

индустриальное 12 ……………….0,0759

АМГ-10 ……………………………0,1038

Керосин…………………………………0,1270

Вода……………………………………..0,16

Растворимостью примерно такого же порядка обладает и азот, который широко применяется для наддува жидкостных баков (резервуаров).

Растворимость воздуха в минеральных маслах зависит от сорта масла, уменьшаясь с увеличением его плотности. Для масел с объемным весом, равным 0,82 и 0,9 г/см 3 , коэффициент растворимости k соответственно составляет 0,10 и 0,08.

Растворимость воздуха в маслах малой вязкости несколько выше, чем в маслах высокой вязкости.

С увеличением температуры растворимость воздуха в масле практически сохраняется постоянной. Так, например, коэффициент растворимости воздуха в керосине при температуре - 30° С равен 0,12 и при температуре 20° С он повышается до 0,125.

Последний фактор следует учитывать при проектировании гидросистем, находящихся под давлением газа (воздуха) в усло­виях широкого температурного диапазона, поскольку в результате изменения объема растворенного газа, обусловленного его тепло­вым расширением, может нарушаться условие насыщенности жидкости газом.

Время, в течение которого происходит насыщение масла газом, зависит от величины поверхности раздела, приходящейся на единицу объема масла, а также от степени возмущенности состояния этой поверхности. При интенсивном перемешивании жидкость насыщается в течение одной или нескольких минут, тогда как в спокойном состоянии процесс длится часами.

Рассмотренное свойство жидкости имеет важное значение для работы гидросистемы, так как присутствие газа ухудшает, а во многих случаях может полностью нарушить работу гидросистемы и ее агрегатов. В частности, при наличии газа ускоряется наступление кавитации. Газ, выделившийся из жидкости в местах пониженного давления, может частично заполнить рабочие полости насоса, уменьшая тем самым его производительность и ухудшая режим его работы. Как показали наблюдения, при вакууме у входа в насос, равном 200-250 мм рт. ст., который образуется при определенных условиях в результате сопротивле­ния всасывающей магистрали, наступает помутнение потока минерального масла из-за выделения воздуха; при вакууме 380-400 мм рт. ст. количество выделившегося воздуха становится таким, что резко изменяется окраска масла и образуются видимые глазом пузырьки, и при вакууме в баке 400- 450 мм рт ст. масло, поступающее но трубе из бака в насос, превращается в пену.

Великая или мирная ектения – самая большая из всех ектений (молитвенных прошений) на : в ней содержится 11 разных прошений о духовных и земных нуждах христиан – от мира с Богом, ближними и самим собой до дарования хорошего климата и избавления от всяких болезней и чьего бы то ни было гнева на нас.

Мы молимся о благо- стоянии , твердом стоянии, твердости, непоколебимости, всех православных Церквей, о храме, в котором мы находимся, и о всех, кто с верой, благоговением и страхом Божиим в него (в онь ) входит. «С » – это устойчивое выражение (идиома), означающее Богопочитание.

Мы молимся о всем священноначалии: Патриархе, правящем епископе, честнем пресвитерстве , диаконстве и причте (всех служащих в данном храме, от священников до чтецов). Пресвитерство, т.е. священство (пресвитер – калька с греческого, то же, что и священник), называется честны́м , т.е. почтенным, досточтимым; «честны́й (честно́й) отец» – принятое в церковнославянском языке обращение, как в современном русском «уважаемый г-н N».

Фото orthphoto.net

«О благорастворении воздухов… Господу помолимся! » Возду́х (именно так, с ударением на последнем слоге) по-церковнославянски обозначает тоже воздух, причем разные его слои: древние выделяли нижний слой, по-гречески он назывался аэр, близкий к земле, тот, которым мы дышим, и о его хорошем состоянии просится в ектение; и верхний – эфир , уже небеса, куда мы можем быть «восхищенни на облацех в сретение Господне » – чтобы встретить Господа* . Словосочетание благорастворение возду́хов стало устойчивым и может быть переведено «хороший климат, здоровый состав воздуха».

В великой ектении мы просим Бога и о Его покровительстве и помощи всем плавающим, путешествующим (т.е. подвергающимся потенциальной опасности), недугующим (болеющим), страждущим и находящимся в плену. Страждущий – тот, кто страдает, т.е. терпит мучения, борется с препятствиями, бедствует в жизни.

«О избавитися нам от всякия скорби, гнева и ну́жды Господу помолимся! » по-церковнославянски означает боль, муку (многи скорби праведным, и от всех их избавит я Господь ** ), а также тяготу. Ну́жда слово многозначное, здесь значит «насилие». Помолимся, чтобы Господь избавил нас от любого мучения, чьего-либо гнева и насилия.

«Заступи, спаси, помилуй и сохрани нас, Боже, Твоею благодатию ». Заступати – защищать, покровительствовать (отсюда «Боже, Заступник мой еси Ты..»); а чем спасает и покрывает нас Господь – Своей благодатию , т.е. милостью.

В конце ектении мы поминаем (упоминаем) Пресвятую, Пречистую, Преблагословенную и всех святых; приставка пре- во всех титулах Богоматери означает высшую степень этих качеств: Она святее всех живущих на земле и всех святых, самая чистая, а что значит «самая благословенная»? Благословити – хвалить, прославлять, превозносить; мы хвалим и прославляем Богородицу больше всех людей и небесных сил. Испросив помощи Божией Матери и всех святых, нам остается только предать весь наш живот Богу – т.е. вручить, отдать навсегда, препоручить нашу жизнь Богу.

При написании использовались словари:

• О.А. Седаковой «Церковнославяно-русские паронимы: Материалы к словарю» – М., 2005.
• прот. Г.Дьяченко «Полный церковнославянский словарь» (М., 2004). И. И. Срезневский «Материалы для словаря древнерусского языка по письменным памятникам» (в 3 тт. СПб., 1890-1912)

Сноски:
* 1 послание ап. Павла к Фессалоникийцам (4, 17)
** 33 псалом, стр.20